拡散法による高温超伝導材料の導体化に関する基礎的研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03210225
• 研究機関: 東海大学
• 研究代表者: 太刀川 恭治 東海大学, 工学部, 教授 (40197372)
• 研究分担者: 石田 洋一 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (60013108) ; 白石 正 東海大学, 工学部, 教授 (40056122) ; 源馬 国恭 東海大学, 工学部, 助教授 (50056024) ; 河上 護 東海大学, 工学部, 教授 (40055653)
• キーワード: 酸化物高温超伝導体 / ビスマス系酸化物超伝導体 / イットリウム系酸化物超伝導体 / 合成プロセス / 反応拡散 / 結晶組織 / 臨界温度 / 臨界電流密度

研究概要

高融点成分の下地と低融点成分の上地との間の反応拡散により高温超伝導相を生成させると、通常の焼結法に比べて緻密,均質で、また条件によっては結晶配向性をもつ高温超伝導相を生成出来る可能性がある。本年度は、主としてこの反応拡散に対する添加元素の効果について研究を行った。
Y系では、211組成の下地と035組成の上地の間の拡散で123超伝導相を生成させる場合、上地にAgを添加すると反応が促進され、最適熱処理温度が数十度低下した。Agは123超伝導相内には殆ど存在せず、重力に抗して試料表面に押し出されることを見出した。その過程は、まず、下地と上地の境界に123相が生成されると、その外側に123相から押し出されたAgが集積し、このAgの集積によりさらに拡散が促進され、最終的にはAgは表面に押し出される。このAgの動きに伴って、123相の結晶配向性が改善され、Jc(77K,OT)が3倍程度高められた。
Bi系でも、0212組成の下地と2001組成の上地の拡散で2212相を生成する場合、上地にAgを添加するとAgは拡散相から押し出されて試料表面に集積し、2212超伝導相とAgとの積層体がえられる。2212相は緻密な板状結晶からなり、強いa軸配向性を示す。この手法によると、広い面積に強い結晶配向性をもった厚い高温超伝導相を作製することが出来る。さらに、高融点成分と低融点成分との粉末混合体を加工して熱処理して作製したBi系2212線材で、4.2K,23Tにおいて30,000A/cm^2のJcがえられた。なお、上地のBiまたはCuの一部をLiで置換しても拡散が著しく促進され、780℃,30分の低温で短時間の反応で85Kのoffset Tcがえられた。本研究の結果、拡散法が高温超伝導体のデバイス化や新しい線材化法の開発に役立ちうる見通しがえられた。

研究成果

• [文献書誌] K.Tachikawa,T.Inoue,K.Zama and Y.Hikichi: "Effects of Some Additional Elements on the Reaction Diffusion in HighーTc Oxide Composites." to be published in Superconductor Science and Technology.
• [文献書誌] K.Tachikawa,T.Watanabe,T.Inoue and K.Shirasu: "BiーSrーCaーCuーO Superconducting Oxides Synthesized from Different DIffusion Couples." Japanese Journal of Applied Physics. 30. 639-644 (1991)
• [文献書誌] K. Tachikawa,T.Watanabe,T.Taniguchi,T.Inoue and K.Shirasu: "Formation of Biーbase HighーTc Oxides by Diffusion Reactions." Highーtemperature SuperconcuctorsーMaterials Aspects,ed. by H.C.Freyhardt,et al,DGM. 1. 193-199 (1991)
• [文献書誌] T.Asaka,Y.Okazawa,Y.Shiomi and K.Tachikawa: "Silver Addition and Zirconium Substitution in the YBa_2Cu_3O_<7-x> Prepared by Organic Acid Salt Thermal Decomposition Process." Japanese Journal of Applied Physics. 30. L1264-L1267 (1991)
• [文献書誌] K.Tachikawa,Y.Shimbo,M.Ono,M.Kabasawa and S.Kosuge: "Preparation of HighーTc Superconducting thick Films by a LowーPressure Plasma Spraying." Advances in Cryogenic Engineering/Materials. 36A. 473-478 (1990)
• [文献書誌] Y.Ishida,Y.Takahashi,N.Tomita and M.Mori: "Grain Boundaries in Oxide Superconductors Examined by Transmission Electron Microscopy." Molecular Crystals and Liquid Crystals. 184. 383-387 (1990)
• [文献書誌] 山香 英三,太刀川 恭治,一ノ瀬 昇: "高温超伝導入門" オ-ム社, 176 (1989)
• [文献書誌] 太刀川 恭治,戸叶 一正: "超電導(増補版)" 読売新聞社, 233 (1987)